STM32基於I2C的AHT20溫溼度採集
IIC介紹
IC( Inter-- Integrated Circuit）匯流排是一種由 PHILIPS公司開發的兩線式序列匯流排，用於連線微控制器及其外圍裝置。它是由資料線SDA和時鐘SCL構成的序列匯流排，可傳送和接收資料。
在CPU與被控I2C之間、I2C與I2C之間進行雙向傳送，高速IC匯流排一般可達400kbps以上。 I2C匯流排在傳送資料過程中共有三種型別訊號，它們分別是：開始訊號、結束訊號和應答訊號。
開始訊號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送資料。
結束訊號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結東傳送資料。
應答訊號：接收資料的IC在接收到8bit資料後，向傳送資料的IC發出特定的低電平脈衝表示已收到資料。CPU向受控單元發出一個訊號後，等待受控單元發出一個應答訊號，CPU接
收到應答訊號後，根據實際情況作出是否繼續傳遞訊號的判斷。若未收到應答訊號，由判斷為 受控單元出現故障。
這些訊號中，起始訊號是必需的，結束訊號和應答訊號，都可以不要。
AHT20介紹
AHT20是國內奧鬆生成的I2C介面的MEMS溫溼度感測器，ADC位數為20Bit，具有體積小、精度高、成本低等優點。
由於AHT10/15/20 具有國產化、體積小、精度高、成本低等特點，可以替代 DHT11/DHT12/AM2320/SHT20/SHT30，單晶片價格在￥2~3，體積小巧很輕鬆嵌入到產品上
| 引數 | AHT20 |
|---|---|
| 供電電壓 | 2.0-5.5V |
| 工作電流 | （休眠） 0.25uA |
| 工作電流 | （測量） 23uA |
| 測量範圍 | （溼度） 0~100%RH |
| 測量範圍 | （溫度） -40~+85℃ |
| 溫度精度 | ±2%RH(25℃) |
| 溼度精度 | ±0.3℃ |
| 解析度 | 溫度: 0.01℃ 溼度: 0.024%RH |
| 訊號輸出 | I²C訊號 |
| 防護 | 無 |
| 封裝大小 | 3x3x1.0mm（DFN） |
硬體I2C與軟體I2C的區別
硬體I2C
硬體I2C對應晶片上的I2C外設，有相應I2C驅動電路，其所使用的I2C管腳也是專用的
軟體I2C
軟體I2C一般是用GPIO管腳，用軟體控制管腳狀態以模擬I2C通訊波形
硬體I2C的效率要遠高於軟體的，而軟體I2C由於不受管腳限制，介面比較靈活
模擬I2C 是通過GPIO，軟體模擬暫存器的工作方式，而硬體（韌體）I2C是直接呼叫內部暫存器進行配置。如果要從具體硬體上來看，可以去看下晶片手冊。因為韌體I2C的埠是固定的，所以會有所區別。
區分他們：
可以看底層配置，比如IO口配置，如果配置了IO口的功能（IIC功能）那就是韌體IIC
可以看IIC寫函式，看裡面有木有呼叫現成的函式或者給某個暫存器賦值，如果有，則肯定是韌體IIC功能，沒有的話肯定是資料一個bit一個bit模擬發生送的，肯定用到了迴圈，則為模擬。
根據程式碼量判斷，模擬的程式碼量肯定比韌體的要大。
準備工作
將AHT20接到STM32的IIC介面上
程式碼編寫
本工程改編自野火自帶例程串列埠通訊4口，如下：
void read_AHT20(void)
{
uint8_t i;
for(i=0; i<6; i++)
{
readByte[i]=0;
}
//-------------
I2C_Start();
I2C_WriteByte(0x71);
ack_status = Receive_ACK();
readByte[0]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[1]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[2]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[3]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[4]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[5]= I2C_ReadByte();
SendNot_Ack();
//Send_ACK();
I2C_Stop();
//--------------
if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
{
H1 = readByte[1];
H1 = (H1<<8) | readByte[2];
H1 = (H1<<8) | readByte[3];
H1 = H1>>4;
H1 = (H1*1000)/1024/1024;
T1 = readByte[3];
T1 = T1 & 0x0000000F;
T1 = (T1<<8) | readByte[4];
T1 = (T1<<8) | readByte[5];
T1 = (T1*2000)/1024/1024 - 500;
AHT20_OutData[0] = (H1>>8) & 0x000000FF;
AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;
AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
}
else
{
AHT20_OutData[0] = 0xFF;
AHT20_OutData[1] = 0xFF;
AHT20_OutData[2] = 0xFF;
AHT20_OutData[3] = 0xFF;
printf("失敗了");
}
printf("\r\n");
printf("當前溫度為: %d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
printf("\r\n");
printf("當前溼度為ª: %d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
printf("\r\n");
}
具體檔案需要main.c，delay.c，usart.c，i2c.c，sys.c
main.c檔案原始碼：
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "i2c.h"
int main(void)
{
delay_init();
uart_init(115200);
IIC_Init();
while(1)
{
read_AHT20_once();
delay_ms(1500);
}
}
delay.c
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#if SYSTEM_SUPPORT_UCOS
#include "includes.h"
#endif
static u8 fac_us=0;
static u16 fac_ms=0;
#ifdef OS_CRITICAL_METHOD
void SysTick_Handler(void)
{
OSIntEnter();
OSTimeTick();
OSIntExit();
#endif
void delay_init()
{
#ifdef OS_CRITICAL_METHOD
u32 reload;
#endif
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
fac_us=SystemCoreClock/8000000;
#ifdef OS_CRITICAL_METHOD
reload=SystemCoreClock/8000000;
reload*=1000000/OS_TICKS_PER_SEC;
fac_ms=1000/OS_TICKS_PER_SEC;
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;
SysTick->LOAD=reload;
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
#else
fac_ms=(u16)fac_us*1000;
#endif
}
#ifdef OS_CRITICAL_METHOD
void delay_us(u32 nus)
{
u32 ticks;
u32 told,tnow,tcnt=0;
u32 reload=SysTick->LOAD;
ticks=nus*fac_us;
tcnt=0;
told=SysTick->VAL;
while(1)
{
tnow=SysTick->VAL;
if(tnow!=told)
{
if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;
else tcnt+=reload-tnow+told;
told=tnow;
if(tcnt>=ticks)break;
}
};
}
void delay_ms(u16 nms)
{
if(OSRunning==TRUE)
{
if(nms>=fac_ms)
{
OSTimeDly(nms/fac_ms);
}
nms%=fac_ms;
}
delay_us((u32)(nms*1000));
}
#else
void delay_us(u32 nus)
{
u32 temp;
SysTick->LOAD=nus*fac_us;
SysTick->VAL=0x00;
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;
do
{
temp=SysTick->CTRL;
}
while(temp&0x01&&!(temp&(1<<16)));
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
SysTick->VAL =0X00;
}
void delay_ms(u16 nms)
{
u32 temp;
SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;
SysTick->VAL =0x00;
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;
do
{
temp=SysTick->CTRL;
}
while(temp&0x01&&!(temp&(1<<16)));
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
SysTick->VAL =0X00;
}
#endif
usart.c
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#if SYSTEM_SUPPORT_UCOS
#include "includes.h"
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
void _sys_exit(int x)
{
x = x;
}
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while((USART1->SR&0X40)==0);//Ñ»··¢ËÍ,Ö±µ½·¢ËÍÍê±Ï
USART1->DR = (u8) ch;
return ch;
}
#endif
#if EN_USART1_RX
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];
u16 USART_RX_STA=0;
void uart_init(u32 bound){
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
void USART1_IRQHandler(void)
{
u8 Res;
#ifdef OS_TICKS_PER_SEC
OSIntEnter();
#endif
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
Res =USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR);
if((USART_RX_STA&0x8000)==0)
{
if(USART_RX_STA&0x4000)
{
if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;
else USART_RX_STA|=0x8000;
}
else
{
if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;
}
}
}
}
#ifdef OS_TICKS_PER_SEC
OSIntExit();
#endif
}
#endif
i2c.c
#include "i2c.h"
#include "delay.h"
uint8_t ack_status=0;
uint8_t readByte[6];
uint8_t AHT20_status=0;
uint32_t H1=0; //Humility
uint32_t T1=0; //Temperature
uint8_t AHT20_OutData[4];
uint8_t AHT20sendOutData[10] = {0xFA, 0x06, 0x0A, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF};
void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ; //ÍÆÍìÊä³ö
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
IIC_SCL=1;
IIC_SDA=1;
}
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SDA=1;
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low
delay_us(4);
IIC_SCL=0;
}
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
IIC_SDA=1;
delay_us(4);
}
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
u8 ucErrTime=0;
SDA_IN();
IIC_SDA=1;delay_us(1);
IIC_SCL=1;delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_SCL=0;
return 0;
}
void IIC_Ack(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
//²»²úÉúACKÓ¦´ð
void IIC_NAck(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;
for(t=0;t<8;t++)
{
IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
txd<<=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
}
}
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();
for(i=0;i<8;i++ )
{
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(1);
}
if (!ack)
IIC_NAck();
else
IIC_Ack();
return receive;
}
void IIC_WriteByte(uint16_t addr,uint8_t data,uint8_t device_addr)
{
IIC_Start();
if(device_addr==0xA0)
IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));
else
IIC_Send_Byte(device_addr);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(addr&0xFF);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(data);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();
if(device_addr==0xA0)
delay_ms(10);
else
delay_us(2);
}
uint16_t IIC_ReadByte(uint16_t addr,uint8_t device_addr,uint8_t ByteNumToRead)
{
uint16_t data;
IIC_Start();
if(device_addr==0xA0)
IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));
else
IIC_Send_Byte(device_addr);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(addr&0xFF);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(device_addr+1);
IIC_Wait_Ack();
if(ByteNumToRead == 1)
{
data=IIC_Read_Byte(0);
}
else
{
data=IIC_Read_Byte(1);
data=(data<<8)+IIC_Read_Byte(0);
}
IIC_Stop();//²úÉúÒ»¸öÍ£Ö¹Ìõ¼þ
return data;
}
void read_AHT20_once(void)
{
delay_ms(10);
startMeasure_AHT20();
delay_ms(80);
read_AHT20();
delay_ms(5);
}
void startMeasure_AHT20(void)
{
I2C_Start();
I2C_WriteByte(0x70);
ack_status = Receive_ACK();
if(ack_status);
else printf("7-n-");
I2C_WriteByte(0xAC);
ack_status = Receive_ACK();
if(ack_status);
else printf("8-n-");
I2C_WriteByte(0x33);
ack_status = Receive_ACK();
if(ack_status);
else printf("9-n-");
I2C_WriteByte(0x00);
ack_status = Receive_ACK();
if(ack_status);
else printf("10-n-");
I2C_Stop();
}
void read_AHT20(void)
{
uint8_t i;
for(i=0; i<6; i++)
{
readByte[i]=0;
}
I2C_Start();
I2C_WriteByte(0x71);
ack_status = Receive_ACK();
readByte[0]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[1]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[2]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[3]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[4]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[5]= I2C_ReadByte();
SendNot_Ack();
//Send_ACK();
I2C_Stop();
if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
{
H1 = readByte[1];
H1 = (H1<<8) | readByte[2];
H1 = (H1<<8) | readByte[3];
H1 = H1>>4;
H1 = (H1*1000)/1024/1024;
T1 = readByte[3];
T1 = T1 & 0x0000000F;
T1 = (T1<<8) | readByte[4];
T1 = (T1<<8) | readByte[5];
T1 = (T1*2000)/1024/1024 - 500;
AHT20_OutData[0] = (H1>>8) & 0x000000FF;
AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;
AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
}
else
{
AHT20_OutData[0] = 0xFF;
AHT20_OutData[1] = 0xFF;
AHT20_OutData[2] = 0xFF;
AHT20_OutData[3] = 0xFF;
printf("失敗了");
}
printf("\r\n");
printf("當前溫度為: %d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
printf("\r\n");
printf("當前溼度為: %d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
printf("\r\n");
}
uint8_t Receive_ACK(void)
{
uint8_t result=0;
uint8_t cnt=0;
IIC_SCL = 0;
SDA_IN();
delay_us(4);
IIC_SCL = 1;
delay_us(4);
while(READ_SDA && (cnt<100))
{
cnt++;
}
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
if(cnt<100)
{
result=1;
}
return result;
}
void Send_ACK(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
IIC_SDA = 0;
delay_us(4);
IIC_SCL = 1;
delay_us(4);
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
SDA_IN();
}
void SendNot_Ack(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
IIC_SDA = 1;
delay_us(4);
IIC_SCL = 1;
delay_us(4);
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
IIC_SDA = 0;
delay_us(4);
}
void I2C_WriteByte(uint8_t input)
{
uint8_t i;
SDA_OUT();
for(i=0; i<8; i++)
{
IIC_SCL = 0;
delay_ms(5);
if(input & 0x80)
{
IIC_SDA = 1;
//delaymm(10);
}
else
{
IIC_SDA = 0;
//delaymm(10);
}
IIC_SCL = 1;
delay_ms(5);
input = (input<<1);
}
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
SDA_IN();
delay_us(4);
}
uint8_t I2C_ReadByte(void)
{
uint8_t resultByte=0;
uint8_t i=0, a=0;
IIC_SCL = 0;
SDA_IN();
delay_ms(4);
for(i=0; i<8; i++)
{
IIC_SCL = 1;
delay_ms(3);
a=0;
if(READ_SDA)
{
a=1;
}
else
{
a=0;
}
//resultByte = resultByte | a;
resultByte = (resultByte << 1) | a;
IIC_SCL = 0;
delay_ms(3);
}
SDA_IN();
delay_ms(10);
return resultByte;
}
void set_AHT20sendOutData(void)
{
AHT20sendOutData[3] = AHT20_OutData[0];
AHT20sendOutData[4] = AHT20_OutData[1];
AHT20sendOutData[5] = AHT20_OutData[2];
AHT20sendOutData[6] = AHT20_OutData[3];
}
void I2C_Start(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL = 1;
delay_ms(4);
IIC_SDA = 1;
delay_ms(4);
IIC_SDA = 0;
delay_ms(4);
IIC_SCL = 0;
delay_ms(4);
}
void I2C_Stop(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SDA = 0;
delay_ms(4);
IIC_SCL = 1;
delay_ms(4);
IIC_SDA = 1;
delay_ms(4);
}
sys.h
#include "sys.h"
void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
}
結果展示
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